![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
fregimusВ предыдущий раз я писал о промышленных солнечных электростанциях, работающих уже давно. Речь сегодня пойдет о новой технологии солнечных станций: на сегодняшний день есть только одна работающая на таком принципе электростанция. Несколько строятся или планируются, и через несколько лет их будут десятки.
Хорошо заметно, в чем состоит неэффективность тепловой станции с зеркальными «корытами». Чтобы нагреть носитель до нужной температуры, требуются десятки и даже сотни километров трубы, а ведь эта труба не только нагревается солнцем: на всем своем протяжении она отдает тепло воздуху! Как же с этим бороться? Ответ совершенно очевиден: надо уменьшить размер нагреваемого солнцем теплообменника. А чтобы он все равно успел нагреться, нужно сделать так, чтобы все зеркала фокусировали свои солнечные зайчики на этом небольшом элементе.
Проще сказать, чем сделать: для управления зеркалами уже требуется компьютер.
Поэтому солнечные «башни», как их называют, появились позже «корытных» электростанций. На фотографиях — экспериментальная электростанция «Солнечный-2» (вид со спутника), построенная американским департаментом энергетики и национальной Ливерморской лабораторией в той же самой солнечной пустыне Мохабе. Проект продолжался с 1981 по 1999 год (он начинался как «Солнечный-1»).
Целью проекта было исследование технологии управления зеркалами — они называются гелиостатами — в условиях любой погоды, механических технологий для ветроустойчивых гелиостатов, испытания различных теплоносителей и многое другое, что требуется, чтобы довести технологию для уровня, достаточного для полноценного ее промышленного применения.
Электростанция вырабатывала 10 МВт электроэнергии, а оптическая мощность зеркальной системы ее составляла 600 солнц. Всего на станции было 1818 малых гелиостатов по 40 м² каждый, и 108 больших, по 95 м². Зеркала индивидуально наводились компьютером на центральную башню. Система эта очень гибкая: можно менять интенсивность нагрева ежеминутно, просто сдвигая «зайчик» в сторону от теплообменника. Когда станция работала, то часть зеркал находилась в режиме полной готовности, чтобы небольшим сдвигом зеркала навести зайчик на башню теплообменника. Лучи от этих зеркал «на подхвате» проходили через одну точку пространства, так что в ней светился яркий «НЛО», похожий на соединившихся макушками двух огромных медуз, хорошо видимый с шоссе, проходящего неподалеку. Вернее даже два, потому что этих фокальных точек было две, симметрично с двух сторон башни.
Сейчас проект уже завершен, и башней пользуется университет г. Дэвиса для наблюдения за излучением Черенкова, происходящим от каскадов элементарных частиц в верхних слоях атмосферы, вызванных, в свою очередь, гамма-излучением Солнца.
Когда наступает вечер, зеркала разворачиваются зеркальной поверхностью вниз, параллельно земле. В таком положении они меньше подвержены повреждениям от ветра, что несет абразивную, губительную для зеркал песчаную пыль, и которого в пустыне не сдерживают ни леса, ни горы. А электростанция… продолжает вырабатывать электричество, как ни в чем ни бывало! Как это возможно?
Теплоносителем «Солнечного-2» является смесь из расплава неорганических солей. При нормальной температуре эти соли твердые, но плавятся уже при 250°C. За счет высокой теплоты фазового перехода, соль остается жидкой и теплой несколько суток, даже если ее не подогревать.
Как известно, теплота фазового перехода у многих веществ велика. Например, испарение воды из кипящего чайника — тоже фазовый переход. Когда вы включаете чайник, вода нагревается. Один литр (точнее, 1 кг) воды требует 4,2 кДж энергии, чтобы нагреться на 1°C. Таким образом, чтобы нагреть чайник от 20°C до 100°C, требуется 80×4,2=336 кДж. Но как только чайник закипает, температура больше не растет: все тепло уходит на испарение воды. Чтобы превратить в пар то же самое количество воды, потребно уже 2270 кДж — почти в 7 раз больше. Если испарить всю воду, то эта энергия будет запасена в паре. Точно так же и в расплаве соли запасена очень большая энергия. Небольшое количество соли конденсируется, и отдает при этом тепло, поддерживая остальную часть соли расплавленной. «Солнечный-2» мог работать на полной мощности двое суток вообще без солнца — на запасенной в расплавленной соли теплоте. Нагретая соль превращала воду в пар для турбины в особом теплообменнике, и, когда светило солнце, паровые турбины работали на высокотемпературном цикле, а без солнца переключались на менее эффективный низкотемпературный, расходуя тепло, запасенное в подземном баке расплавленной соли. На утро солнечный теплообменник опять разогревал соль, а жидкая горячая соль несла тепло в бак и расплавляла сконденсировавшийся за ночь осадок твердой соли.
Сегодня проект завершен. Американские производители электричества не заинтересовались тогда коммерческими результатами проекта — дешевле было жечь уголь, чем строить солнечные станции.
Однако, ими заинтересовалась Испания, и знаменитый Королевский Указ №436 выделил огромные денежные суммы на освоение солнечной электроэнергии. Сейчас Испания — один из крупнейших мировых производителей и экспортеров солнечной электроэнергии. Знания, полученные в проекте «Солнечного-2», легли в основу конструкции первой в мире промышленной солнечной «башни». Эту станцию разрабатывала команда инженеров и ученых проекта «Солнечный-2», и она даже получила рабочее название Solar Tres, «Солнечный-3» по-испански.
Станция, построенная в солнечной южной Андалузии, в 15 км от Севильи, вошла в промышленную эксплуатацию в мае 2007 г. под названием PS10. Станция состоит из 115-метровой башни, окруженной 624 гелиостатами, каждый площадью 120 м², и генерирует 11 МВт электроэнергии. Это малая цифра, но в планах сейчас строительство новых башен, и Андалузский комплекс солнечных башен будет выдавать 300 МВт к 2013 г.
Башня построена архитектурной компанией ALTAC таким образом, чтобы не создавать ощущения гигантской конструкции, несмотря на свою огромную высоту. На высоте 30 м находится смотровая площадка для посетителей. Форма башни с окном посередине вызывает чудесной красоты иллюзию, как будто бы все поле электростанции подвешено к башне, словно вантовый мост, на канатах из солнечного света.
По мере того, как дорожают традиционные энергоносители, все больше и больше крупных энергопроизводителей обращают внимание на солнечную энергетику. В калифорнийской комиссии по землепользованию уже находится заявка, поданная в конце 2007 года, на разрешение строительства в пустыне Мохабе комплекса солнечных башен суммарной мощностью в 400 МВт. Это огромная мощность, примерно равная мощности крупной угольной станции. В комплекс войдут 6 башен по 33 МВт каждая, и 4 башни по 50 МВт. На рисунке, приложенном к заявке, нарисован вид будущей электростанции с воздуха.
Речь шла только о больших промышленных станциях, хотя выпускаются серийно и станции маленькие, например, компанией «Стирлинг». Интересны они тем, что в них используется генератор, приводимый в движение тепловой машиной Стирлинга. Такие автономные станции оборудуются дополнительной газовой горелкой, которая позволяет вырабатывать электричество ночью или в пасмурную погоду.
В штате Джорджия работает промышленная электростанция из 300 таких «Санкетчеров».
Если у человеческой цивилизации есть будущее, то энергетика этого будущего несомненно связана с Солнцем, как связана с ним вся жизнь на Земле. Это, пожалуй, самая чистая для земной экологии энергия, какую только можно получить.
Для желающих порвать солнечную энергетику на подложки для экрана выкладываю несколько фотографий в высоком разрешении в этой галерее.
Хорошо заметно, в чем состоит неэффективность тепловой станции с зеркальными «корытами». Чтобы нагреть носитель до нужной температуры, требуются десятки и даже сотни километров трубы, а ведь эта труба не только нагревается солнцем: на всем своем протяжении она отдает тепло воздуху! Как же с этим бороться? Ответ совершенно очевиден: надо уменьшить размер нагреваемого солнцем теплообменника. А чтобы он все равно успел нагреться, нужно сделать так, чтобы все зеркала фокусировали свои солнечные зайчики на этом небольшом элементе.
Проще сказать, чем сделать: для управления зеркалами уже требуется компьютер.
Целью проекта было исследование технологии управления зеркалами — они называются гелиостатами — в условиях любой погоды, механических технологий для ветроустойчивых гелиостатов, испытания различных теплоносителей и многое другое, что требуется, чтобы довести технологию для уровня, достаточного для полноценного ее промышленного применения.
Электростанция вырабатывала 10 МВт электроэнергии, а оптическая мощность зеркальной системы ее составляла 600 солнц. Всего на станции было 1818 малых гелиостатов по 40 м² каждый, и 108 больших, по 95 м². Зеркала индивидуально наводились компьютером на центральную башню. Система эта очень гибкая: можно менять интенсивность нагрева ежеминутно, просто сдвигая «зайчик» в сторону от теплообменника. Когда станция работала, то часть зеркал находилась в режиме полной готовности, чтобы небольшим сдвигом зеркала навести зайчик на башню теплообменника. Лучи от этих зеркал «на подхвате» проходили через одну точку пространства, так что в ней светился яркий «НЛО», похожий на соединившихся макушками двух огромных медуз, хорошо видимый с шоссе, проходящего неподалеку. Вернее даже два, потому что этих фокальных точек было две, симметрично с двух сторон башни.
Сейчас проект уже завершен, и башней пользуется университет г. Дэвиса для наблюдения за излучением Черенкова, происходящим от каскадов элементарных частиц в верхних слоях атмосферы, вызванных, в свою очередь, гамма-излучением Солнца.
Когда наступает вечер, зеркала разворачиваются зеркальной поверхностью вниз, параллельно земле. В таком положении они меньше подвержены повреждениям от ветра, что несет абразивную, губительную для зеркал песчаную пыль, и которого в пустыне не сдерживают ни леса, ни горы. А электростанция… продолжает вырабатывать электричество, как ни в чем ни бывало! Как это возможно?
Теплоносителем «Солнечного-2» является смесь из расплава неорганических солей. При нормальной температуре эти соли твердые, но плавятся уже при 250°C. За счет высокой теплоты фазового перехода, соль остается жидкой и теплой несколько суток, даже если ее не подогревать.
Как известно, теплота фазового перехода у многих веществ велика. Например, испарение воды из кипящего чайника — тоже фазовый переход. Когда вы включаете чайник, вода нагревается. Один литр (точнее, 1 кг) воды требует 4,2 кДж энергии, чтобы нагреться на 1°C. Таким образом, чтобы нагреть чайник от 20°C до 100°C, требуется 80×4,2=336 кДж. Но как только чайник закипает, температура больше не растет: все тепло уходит на испарение воды. Чтобы превратить в пар то же самое количество воды, потребно уже 2270 кДж — почти в 7 раз больше. Если испарить всю воду, то эта энергия будет запасена в паре. Точно так же и в расплаве соли запасена очень большая энергия. Небольшое количество соли конденсируется, и отдает при этом тепло, поддерживая остальную часть соли расплавленной. «Солнечный-2» мог работать на полной мощности двое суток вообще без солнца — на запасенной в расплавленной соли теплоте. Нагретая соль превращала воду в пар для турбины в особом теплообменнике, и, когда светило солнце, паровые турбины работали на высокотемпературном цикле, а без солнца переключались на менее эффективный низкотемпературный, расходуя тепло, запасенное в подземном баке расплавленной соли. На утро солнечный теплообменник опять разогревал соль, а жидкая горячая соль несла тепло в бак и расплавляла сконденсировавшийся за ночь осадок твердой соли.
Сегодня проект завершен. Американские производители электричества не заинтересовались тогда коммерческими результатами проекта — дешевле было жечь уголь, чем строить солнечные станции.
Станция, построенная в солнечной южной Андалузии, в 15 км от Севильи, вошла в промышленную эксплуатацию в мае 2007 г. под названием PS10. Станция состоит из 115-метровой башни, окруженной 624 гелиостатами, каждый площадью 120 м², и генерирует 11 МВт электроэнергии. Это малая цифра, но в планах сейчас строительство новых башен, и Андалузский комплекс солнечных башен будет выдавать 300 МВт к 2013 г.
Башня построена архитектурной компанией ALTAC таким образом, чтобы не создавать ощущения гигантской конструкции, несмотря на свою огромную высоту. На высоте 30 м находится смотровая площадка для посетителей. Форма башни с окном посередине вызывает чудесной красоты иллюзию, как будто бы все поле электростанции подвешено к башне, словно вантовый мост, на канатах из солнечного света.
По мере того, как дорожают традиционные энергоносители, все больше и больше крупных энергопроизводителей обращают внимание на солнечную энергетику. В калифорнийской комиссии по землепользованию уже находится заявка, поданная в конце 2007 года, на разрешение строительства в пустыне Мохабе комплекса солнечных башен суммарной мощностью в 400 МВт. Это огромная мощность, примерно равная мощности крупной угольной станции. В комплекс войдут 6 башен по 33 МВт каждая, и 4 башни по 50 МВт. На рисунке, приложенном к заявке, нарисован вид будущей электростанции с воздуха.
Речь шла только о больших промышленных станциях, хотя выпускаются серийно и станции маленькие, например, компанией «Стирлинг». Интересны они тем, что в них используется генератор, приводимый в движение тепловой машиной Стирлинга. Такие автономные станции оборудуются дополнительной газовой горелкой, которая позволяет вырабатывать электричество ночью или в пасмурную погоду.
В штате Джорджия работает промышленная электростанция из 300 таких «Санкетчеров».
Если у человеческой цивилизации есть будущее, то энергетика этого будущего несомненно связана с Солнцем, как связана с ним вся жизнь на Земле. Это, пожалуй, самая чистая для земной экологии энергия, какую только можно получить.
Для желающих порвать солнечную энергетику на подложки для экрана выкладываю несколько фотографий в высоком разрешении в этой галерее.
Tags:
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
(no subject)
2008-06-13 08:22 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:30 (UTC);)
(no subject)
2008-06-13 08:31 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:34 (UTC)При расчёте экологического эффекта не учитывается занимаемая зеркалами площадь (у других типов ЭС, кроме равнинных ГЭС и ветряков, отношение площади к мощности в разы лучше). И вся эта площадь - "выкушена" у тех самых биоценозов, которые и есть "экология".
(no subject)
2008-06-13 08:45 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:47 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:48 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:51 (UTC)Еще вопрос с рентабельностью. Та, которая меряется в баксах, с ней понятно - все пока плохо.
А та, которая меряется в КПД? Т.е., грубо говоря, на производство 1 МВТч требуется переработка какого-то кол-ва зеркал и прочего. Это требует затрат энергии. Не больше ли эти затраты, чем 1 МВТч? :)
(no subject)
2008-06-13 08:52 (UTC)(no subject)
2008-06-13 08:54 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:02 (UTC)Ну как же такое возможно? Конечно, учитывается.
А вот это скорее не так. Я уже говорил об этом — если сложить площадь под угольной станцией с площадью карьера… Неожиданно, но у солнечных станций Вт/м² лучше, чем у угольных и ГЭС.
Атомная — конечно, побивает. Но у атомной станции есть проблема отходов.
Какие еще бывают?
Если уж где и «выкусывать», мне кажется, то в пустыне Мохабе гораздо менее жалко, чем, скажем, на реке Волге заливать очередным водохранилищем плодородную обжитую землю.
Вообще говоря, основная опасность энергетики не в занимаемой площади (ГЭС губял лучшую площадь, и это более заметно), а в выбросах продуктов сгорания в атмосферу. Я к этому отношусь так: да, ученые спорят, есть разные модели, но если есть хоть одна из них, сделанная серезьным ученым, в которой Земле приходит каюк из-за технологического загрязнения атомсферы (а такие модели есть), то лучше сделать все, чтобы избежать экспериментальной проверки этой модели. Те, кто говорят, что они «скептически» воспринимают эти модели, с моей точки зрения поступают как раз наоборот, а именно бросаются в самую рискованную из всех возможных авантюр.
(no subject)
2008-06-13 09:11 (UTC)Но угольные тоже, в общем, не ахти. Атомные лучше.
Проблема отходов атомных станций, на мой взгляд, совершенно дутая. Отходы нужно просто складировать туда же, откуда руду радиоактивную добывали. Радиоактивность при этом только уменьшается в сравнении с "довмешательным" периодом - ибо это же реакции распада.
Равнинные ГЭС - как я уже говорил, дело совершенно дурное. ГЭС очень хороши в горах, на небольших реках с естественными перепадами высот. Швейцарцы, кажется, таких много построили, если я правильно запомнил читанный лет 10 назад буржуйский отраслевой журнал.
Выбросы в атмосферу, думаю, действительно стоит ограничить, это да. Поэтому как по мне - атомные надо строить. Без фанатизма, планомерно и аккуратно. Ну и ИТЭР тестить - на будущее.
(no subject)
2008-06-13 09:12 (UTC)А Вы может цифры найти?
Это не совсем верно. За последние 10 лет цена угольного электричества выросла в несколько раз. На сегодня солнечное уже незначительно дороже угольного. Через 10 лет будет намного дешевле.
Ну это уже не совсем правильный вопрос :-) Цифры с зеркалами были у меня в предыдущей статье: «корытная» станция мощностью 350 МВт требует замены в среднем 8 зеркальных панелей в день. Хватит 350 МВт? :-) Конечно, ее еще и построить надо, но то, что она окупается в смысле произведенной энергии, и даже стократ — несомненно. А технология с башней на порядок эффективнее «корытной».
(no subject)
2008-06-13 09:14 (UTC)Понятно. Я думал, все хуже.
(no subject)
2008-06-13 09:19 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:20 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:24 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:28 (UTC)Не знаю деталей, но, как я понимаю, радиоактивность отходов значительно выше, чем активность необогащенной руды. То, что образуется в реакторе, не годится в качестве ядерного топлива, но светит куда как сильнее, чем исходный материал. Там периоды полураспада от месяцев до сотен тысяч лет, значительно более короткие, чем исходного урана.
Я не говорю, что атомных станций не надо строить — я считаю, что надо, без этого никуда не денешься. Но проблему отходов тоже решать надо, не оставлять потомкам.
Плохо, что атомная энергетика фактически загублена во всем мире. Нового поколения инженеров не выросло, а старого уже нет. Здесь прервалась технологическая связь времен. Это восстановимо все, конечно, но будет не просто.
Читали про pebble bed reactor? Хорошая технология, 20 лет назад ее придумали, а потом в Европе под давлением зеленых загубили. Китай их сейчас строит, и MIT ими занимается, хоть это радует. Куда менее потенциально опасный реактор, к тому же, маленький.
Термоядерные — это да, выход из всех затруднений, еще бы. Только вот нет их, а это сильно уменьшает практическую ценность… :-)
(no subject)
2008-06-13 09:28 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:31 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:31 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:32 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:33 (UTC)(no subject)
2008-06-13 09:40 (UTC)То есть лучше :-)
На самом деле не солнечное электричество дешевеет, конечно, а угольное дорожает. Но так бывает со всеми технологиями, они должны отодвинуть «незыблемые» старые, а для этого у них должен быть перед ними огромный перевес.
Конечно, наладить бы термоядерный синтез — совершенно чистая технология, электричество из воды (вернее, из тяжелых изотопов водорода), результат — гелий; выход энергии колоссальный, так что о проблеме гелиевого загрязнения атмосферы и говорить нечего. Но что-то пока не получается, хотя я совершенно уверен, что получится рано или поздно (либо обнаружатся принципиальные физические запреты, но это очень маловероятно) — спрос уж очень большой на энергию :-). Вот только дожить бы до них и не задохнуться, и чтобы электричество при этом было всю дорогу.
(no subject)
2008-06-13 09:42 (UTC)Так что если это всё туда зацементировать - хуже от того никому не станет, а станет только лучше.
Да, загубили совершенно зря.
Термоядерные уже, считай, есть. Просто они пока не нужны, вот и тестят их черепашьим темпом.